Unix和Windows跨系统通讯编程

　　一、 前言

　　随着Internet的不断发展，客户机/服务器模型得到了广泛的应用。客户应用程序向服务器程序请求服务。一个服务程序通常在一个众所周知的端口监听对服务的请求，也就是说，服务进程一直处于休眠状态，直到一个客户对这个服务的地址提出了连接请求。在这个时刻，服务程序被“惊醒”并且为客户提供服务或对客户的请求作出适当的反应。　　 Unix最早是由美国贝尔实验室发明的一种多用户、多任务的通用操作系统，由于 Unix具有技术成熟、可靠性高、网络和数据库功能强、伸缩性突出和开发性好的特色，可满足各行各业的实际需要，特别是企业重要业务的需要，已经成为主要的工作平台和重要的企业操作平台，而微软公司的 Windows操作系统用户界面友好，安装、使用也比较方便，应用软件丰富，在个人PC机上成为主流操作系统。因此服务端使用 Unix，客户端使用 Windows能充分利用它们各自的优点，这也是今后发展的一个趋势。

　　同时，金融行业的中间业务发展迅速，银行主机采用 Unix系统，而各代收代付单位多采用 Windows或 WindowsNT系统，在它们之间传输数据文件也涉及跨系统通讯的问题，通过套接字 Socket能方便地实现 Unix和 Windows的跨系统通讯，本文拟就这一问题作一探讨。

　　二、 SOCKET简介

　　TCP/IP是计算机互连最常使用的网络通讯协议， TCP/IP的核心部分由网络操作系统的内核实现，应用程序通过编程接口来访问 TCP/IP，见下图：

图1　应用程序与Windows Socket关系图

　　七十年代中，美国国防部高研署（DARPA）将TCP/IP的软件提供给加利福尼亚大学Berkeley分校后，TCP/IP很快被集成到Unix中，同时出现了许多成熟的TCP/IP应用程序接口（API）。这个API称为Socket接口。今天，SOCKET接口是TCP/IP网络最为通用的API，也是在INTERNET上进行应用开发最为通用的API。

　　九十年代初，由Microsoft联合了其他几家公司共同制定了一套WINDOWS下的网络编程接口，即Windows Sockets规范。它是Berkeley Sockets的重要扩充，主要是增加了一些异步函数，并增加了符合 Windows 消息驱动特性的网络事件异步选择机制。 Windows Sockets规范是一套开放的、支持多种协议的 Windows下的网络编程接口。目前，在实际应用中的Windows Sockets规范主要有1.1版和2.0版。两者的最重要区别是1.1版只支持TCP/IP协议，而2.0版可以支持多协议，2.0版有良好的向后兼容性，目前，Windows下的Internet软件都是基于 WinSock开发的。

　　Socket实际在计算机中提供了一个通信端口，可以通过这个端口与任何一个具有Socket接口的计算机通信。应用程序在网络上传输，接收的信息都通过这个Socket接口来实现。在应用开发中就像使用文件句柄一样，可以对 Socket句柄进行读、写操作。我们将 Socket翻译为套接字，套接字分为以下三种类型：

　　字节流套接字（Stream Socket）　是最常用的套接字类型，TCP/IP协议族中的 TCP 协议使用此类接口。字节流套接口提供面向连接的（建立虚电路）、无差错的、发送先后顺序一致的、无记录边界和非重复的网络信包传输。

　　数据报套接字 （Datagram Socket）　TCP/IP协议族中的UDP协议使用此类接口，它是无连接的服务，它以独立的信包进行网络传输，信包最大长度为32KB，传输不保证顺序性、可靠性和无重复性，它通常用于单个报文传输或可靠性不重要的场合。数据报套接口的一个重要特点是它保留了记录边界。对于这一特点。数据报套接口采用了与现在许多包交换网络（例如以太网）非常类似的模型。

　　原始数据报套接字（Raw Socket）　提供对网络下层通讯协议（如IP协议）的直接访问，它一般不是提供给普通用户的，主要用于开发新的协议或用于提取协议较隐蔽的功能。

　　三、 基于SOCKET的应用开发

图2　面向连接协议的SOCKET编程模型

　　面向连接协议的SOCKET编程模型应用最为广泛，因为面向连接协议提供了一系列的数据纠错功能，可以保证在网络上传输的数据及时、无误地到达对方。基于连接协议（字节流套接字）的服务是设计客户机/服务器应用程序时的标准，其编程模型如下：

　　尽管Windows Sockets和Berkeley Sockets都是TCP/IP应用程序的编程接口，但二者由于分属不同的系统，在某些环节仍有一些差别。Windows Sockets API没有严格地坚持Berkeley传统风格，通常这么做是因为在Windows环境中实现的难度。

　　1.套接口数据类型和错误数值

　　 Windows Sockets规范中定义了一个新的数据类型 SOCKET，这一类型的定义对于将来Windows Sockets规范的升级是必要的。这一类型的定义保证了应用程序向Win32 环境的可移植性。因为这一类型会自动地从16位升级到32位。

　　在 UNIX中，所有句柄包括套接口句柄，都是非负的短整数。 Windows Sockets 句柄则没有这一限制，除了INVALID_SOCKET 不是一个有效的套接口外，套接口可以取从0到 INVALID_SOCKET－1 之间的任意值。因为 SOCKET 类型是unsigned ，所以编译已经存在于UNIX 环境中的应用程序的源代码可能会导致 signed/unsigned 数据类型不匹配的警告。

　　因此，在socket（） 例程和accept（） 例程返回时，检查是否有错误发生就不应该再使用把返回值和－1比较的方法，或判断返回值是否为负（这两种方法在BSD 中都是很普通，很合法的途径）。取而代之的是，一个应用程序应该使用常量INVALID_SOCKET ，该常量已在WINSOCK.H 中定义。

　　例如：
　　BDS 风格
　　m_hSocket=socket（…）；
　　if（m_hSocket=－1）　　 /＊or m_hSocket＜0＊/
　　　　{…}
　　Windows风格：
　　m_hSocket=socket（…）；
　　if（m_hSocket=INVALID_SOCKET）
　　　　{…}

　　2.select（） 函数和FD_＊宏

　　由于一个套接口不再表示为非负的整数，select（） 函数在Windows Sockets API中的实现有一些变化：每一组套接口仍然用 fd_set 类型来代表，但是它并不是一个位掩码。

　　typedef struct fd_set{
　　　u_int fd_count；
　　　SOCKET fd_array；
　　} fd_set；

　　整个组的套接口是用了一个套接口的数组来实现的。为了避免潜在的危险，应用程序应该坚持用FD_XXX 宏（FD_SET,FD_ZERO,FD_CLR,FD_ISSET）来设置，初始化，清除和检查fd_set 结构。

　　3.错误代码－errno,h_errno,WSAGetLastError（）

　　 Windows Sockets 实现所设置的错误代码是无法通过 errno 变量得到的。另外对于 getXbyY（） 这一类的函数，错误代码无法从h _errno 变量得到，错误代码可以使用 WSAGetLastError（）调用得到，这种改进是为了适应多线程程序设计的需要。WSAGetLastError（）允许程序员能够得到对应于每一线程的最近的错误代码。

　　为了保持与 BSD 的兼容性，应用程序可以加入以下一行代码：

　　＃define errno WSAGetLastError（）

　　这就保证了用全程的 errno 变量所写的网络程序代码在单线程环境中可以正确使用。当然，这样做有许多明显的缺点：如果一个源程序对套接口和非套接口函数都用 errno 变量来检查错误，那么这种机制将无法工作。此外，一个应用程序不可能为 errno 赋一个新的值 （在Windows Sockets 中，WSAGetLastError（）函数可以做到这一点）。

　　例如：
　　BSD风格：
　　retcode=recv（…）；
　　if（retcode=－1 ＆＆ errno=EWOULDBLOCK）
　　{…}
　　Windows风格：
　　retcode=recv（…）；
　　if（retcode=－1 ＆＆ WSAGetLastError （）=EWOULDBLOCK）
　　{…}

　　虽然为了兼容性原因，错误常量与4.3BSD 所提供的一致：应用程序应该尽可能地使用“WSA”系列错误代码定义。且常量 SOCKET_ERROR是被用来检查API 调用失败的。虽然对这一常量的使用并不是强制性的，但这是推荐的。例如，上面程序更准确应该是：

　　retcode=recv（…）
　　if（retcode=SOCKET_ERROR＆＆WSAGetLastError（）=
　　WSAEWOULDBLOCK）
　　{…}

　　4.重命名的函数

　　有两种原因Berkeley 套接口中的函数必须重命名，以避免与其他的 API 冲突：

　　① close（） 和closesocket（）
　　在Berkeley套接口中，套接口出现的形式与标准文件描述字相同，所以 close（） 函数可以用来象关闭文件一样关闭套接口。在Windows Sockets API中，套接字和正常文件句柄不是等同的，例如read（）,write（） 和close（） 在应用于套接口后不能保证正确工作。套接口必须使用 closesocket（）例程来关闭，用close（） 例程来关闭套接口是不正确的。

　　② ioctl（）和iooctlsocket（）
　　Windows Sockets定义ioctlsocket（） 例程，用于实现 BSD中ioctl（） 和fcntl（） 的功能。

　　5.阻塞例程和 EINPROGRESS 宏

　　虽然Windows Sockets 支持关于套接口的阻塞操作，但是这种应用是被强烈反对的，如果程序员被迫使用阻塞模式（例如一个准备移植的已有的程序，BSD 包含了大量的阻塞函数，且其默认的工作方式都是阻塞的），那么他应该清楚地知道Windows Sockets中阻塞操作的语义。

　　6.指针

　　所有应用程序与Windows Sockets 使用的指针都必须是FAR 指针，为了方便应用程序开发者作用，Windows Sockets规范定义了数据类型LPHOSTENT 。

　　7. Windows Sockets支持的最大套接口数目

　　一个Windows Sockets 应用程序可以使用的套接口的最大数目是在编译时由常量 FD_SETSIZE 决定的。这个常量在 select（） 函数中被用来组建fd_set 结构。在WINSOCK.H 中缺省值是64。如果一个应用程序希望能够使用超过64个套接口，则编程人员必须在每一个源文件包含 WINSOCK.H 前定义确切的FD_SETSIZE值。有一种方法可以完成这项工作，就是在工程项目文件中的编译器选项上加入这一定义。 FD_SETSIZE定义的值对Windows Sockets实现所支持的套接口的数目并无任何影响。

　　8.头文件

　　为了方便基于 Berkeley 套接口的已有的源代码的移植， Windows Sockets支持许多 Berkeley头文件。这些 Berkeley头文件被包含在WINSOCK.H中。所以一个 Windows Sockets应用程序只需简单的包含 WINSOCK.H就足够了（这也是一种被推荐使用的方法）。